基于CimatronE8.5的離心泵葉輪數(shù)控加工方法研究

摘 要：離心泵作為典型流體機(jī)械，在化工等生產(chǎn)企業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。隨著化工工藝的不斷進(jìn)步，對(duì)設(shè)備性能指標(biāo)的提高、工作可靠性的加強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期的縮短等追求也日趨迫切。作為離心泵的核心零件的葉輪，是典型的復(fù)雜性面零件，其自身存在著葉片型面復(fù)雜、葉間間隙狹窄等特點(diǎn)，大大增加了其加工難度，并且加工質(zhì)量很難保證。本文提出了在Cimatron E8.5軟件環(huán)境下對(duì)離心泵葉輪的五軸加工方法，實(shí)現(xiàn)了離心泵半開(kāi)式葉輪的高質(zhì)量整體數(shù)控加工。

關(guān)鍵詞：離心泵葉輪；加工仿真；后置處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.203

1 引言

葉輪是離心泵的核心部件，葉片的加工質(zhì)量將直接關(guān)系著離心泵整個(gè)內(nèi)部流場(chǎng)的分布，從而影響泵的工作效率[1]。作為典型的復(fù)雜的曲面零件，其葉片由傳統(tǒng)的等截面直葉片發(fā)展到當(dāng)今的變截面扭曲葉片，幾何形狀越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高。在我國(guó)離心泵的葉輪大多為鑄造成型，其葉片的表面質(zhì)量差，尺寸精度低特別是復(fù)雜葉形的加工制造與國(guó)外還有很大差距[2]。本文詳細(xì)介紹了基于Cimatron E8.5的離心泵葉輪數(shù)控加工方法?？梢詫?shí)現(xiàn)整體葉輪的數(shù)控加工，大大提高了葉片的制造精度，縮短了生產(chǎn)周期。

2 Cimatron E8.5軟件簡(jiǎn)介

Cimatron E8.5軟件的數(shù)控加工模塊在數(shù)控加工行業(yè)一直處于領(lǐng)先地位，軟件擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口。針對(duì)制造過(guò)程，軟件支持2.5—5軸的高速銑削，支持基于毛坯殘留的加工和自動(dòng)化加工模板，提高了用戶編程和加工的效率。

Cimatron E8.5軟件包括以下功能模塊：模型建立模塊、工程圖模塊、模具設(shè)計(jì)模塊、電極設(shè)計(jì)模塊、數(shù)控加工模塊、數(shù)控加工仿真模擬及校驗(yàn)?zāi)K、后置處理模塊[3]。

3 加工工藝分析及加工仿真

Cimatron E8.5軟件針對(duì)葉片類零件的五軸加工提供了專業(yè)的刀位軌跡生成方式。從整體葉輪的開(kāi)槽加工到半精加工精加工，都有專用五軸數(shù)控仿真菜單來(lái)設(shè)置。

運(yùn)用整體葉輪五軸航空銑削生成離心泵葉輪的刀位軌跡時(shí)，核心部分就是如何避免刀具的干涉問(wèn)題，由于離心泵兩個(gè)葉片之間的流道相對(duì)比較狹窄，而且內(nèi)部扭曲。

在進(jìn)行半精加工前首先進(jìn)行開(kāi)槽加工。為了提高加工效率，開(kāi)槽加工可以是三軸或是四軸加工，也可以運(yùn)用五軸加工，五軸開(kāi)槽加工可以更好的避免刀具干涉問(wèn)題。本文用的五軸開(kāi)槽加工方法，刀具的驅(qū)動(dòng)方式為朝向曲線驅(qū)動(dòng)。

葉輪半精加工及精加工的五軸刀位軌跡采用曲面驅(qū)動(dòng)方式，選擇葉片正面與背面為驅(qū)動(dòng)面，刀具矢量方向?yàn)橄鄬?duì)于走刀方向傾斜，傾斜的角度要根據(jù)兩個(gè)葉片之間的距離和方向來(lái)確定。再有就是刀具的進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)的選擇也很重要，也是避免干涉出現(xiàn)的主要因素。

使用Cimatron E8.5提供機(jī)床模擬，可以完全仿真五軸加工葉輪的工作環(huán)境和切削模擬，包括機(jī)床的主軸、工作臺(tái)、機(jī)床的夾具因素[4]。機(jī)床模擬特別適合于五軸的加工程序檢驗(yàn)。通過(guò)仿真校驗(yàn)可以進(jìn)一步觀察刀具與零件還有機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，從而可以進(jìn)一步優(yōu)化加工時(shí)刀具的角度避免干涉的發(fā)生。

4 后置處理

在數(shù)控加工自動(dòng)編程中，從零件的三維實(shí)體建模到刀路軌跡的生成，形成了刀具相對(duì)于工件及機(jī)床運(yùn)動(dòng)的軌跡文件，在刀位軌跡文件中軟件是通過(guò)一定的語(yǔ)句來(lái)記錄的，但是在具體的機(jī)床中不一定能識(shí)別這些語(yǔ)句，這就要根據(jù)機(jī)床的具體參數(shù)和控制系統(tǒng)將刀位軌跡轉(zhuǎn)化成相應(yīng)機(jī)床所能識(shí)別的G代碼，這一過(guò)程就叫后置處理[5]。

后置處理一般過(guò)程主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：對(duì)刀位文件進(jìn)行求解；運(yùn)動(dòng)誤差的校核及處理；進(jìn)給速度的校核和修正；根據(jù)具體的機(jī)床參數(shù)和數(shù)控系統(tǒng)的指令格式生成加工程序。

在Cimatron E8.5中左側(cè)的通用加工工具條上選擇后置處理，打開(kāi)后置處理對(duì)話框選擇要處理的程序段，這里我們后置處理三部分程序，粗加工后置處理程序、半精加工程序和精加工程序，按照上述方法生成葉片數(shù)控加工代碼。

5 結(jié)論

本文運(yùn)用Cimatron E8.5軟件強(qiáng)大的仿真平臺(tái)，在加工環(huán)境下進(jìn)行虛擬五軸加工，并提出后置處理解決方案，得到了理想的離心泵葉輪加工方案。通過(guò)并合理規(guī)劃加工刀路軌跡，實(shí)現(xiàn)了離心泵葉輪的整體數(shù)控加工，同時(shí)可為類似零件的數(shù)控加工提供一有效途徑。

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作者簡(jiǎn)介：王小旭（1985-），男，吉林省吉林市人，碩士，教師，主要從事：機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與加工技術(shù)研究。